Il vetro è un materiale fragile, la cui rottura avviene senza alcun fenomeno di deformazione plastica o snervamento. Le sue proprietà meccaniche, come ad esempio la resistenza alla trazione, sono fortemente influenzate dallo stato della superficie.
Piccole scalfitture però possono comprometterne notevolmente la resistenza.
Generalmente il carico di rottura a trazione del vetro si aggira attorno alle decine di N/mm², mentre per le fibre di vetro può raggiungere circa 1000 N/mm².
La resistenza alla compressione varia tra 500 e 2000 N/mm² e il modulo di elasticità longitudinale varia tra 50.000 e 80.000 N/mm².
Queste proprietà possono variare a seconda della composizione e, in molti casi, possono essere additivamente calcolate in base alla percentuale dei diversi componenti. Anche la durezza è influenzata dal contenuto dei componenti, come la silice, e, a parità di questi, dipende dal rapporto CaO/Na2O.
Il coefficiente di dilatazione dei vetri di silice (circa 0,8∙10⁻⁶ °C⁻¹) è inferiore a quello degli altri tipi di vetro. La resistenza dei vetri agli sbalzi termici è piuttosto bassa e tende a essere inversamente proporzionale al loro coefficiente di dilatazione. La densità del vetro varia in base alla composizione, oscillando da circa 2,2 g/cm³ per i vetri di silice a circa 4,8 g/cm³ per i vetri al piombo.
fig. 1
Il vetro è un ottimo isolante termico, il vetro di silice ad esempio ha una conducibilità termica di circa 1,3 W/m°C.
Caratteristica fondamentale del vetro è la sua viscosità, che varia in base alla temperatura, come illustrato nelle curve della figura 1.
In queste curve si possono identificare due intervalli di temperatura: quello di ricottura e quello di lavorabilità.
Questi intervalli definiscono il range di temperature entro cui il vetro può essere modellato nelle forme desiderate e il range necessario per il processo di ricottura. Inoltre, la figura 1 mostra che differenti tipi di vetro hanno temperature di inizio fusione che variano a seconda della loro composizione.
La reattività dei vetri è influenzata dalla loro composizione; ad esempio, l’interazione con reagenti e agenti atmosferici può rimuovere parzialmente i componenti più solubili, lasciando una silice idrata amorfa che conferisce al vetro un aspetto opaco. A temperatura ambiente, i vetri mostrano un elevata resistività, che però diminuisce all’aumentare della temperatura.
La colorazione del vetro deriva dalle sostanze disciolte nella massa vetrosa che possono determinare delle soluzioni vere e proprie o soluzioni colloidali.
Un esempio di soluzione vera e propria è rappresentato dagli ossidi di cobalto, manganese e ferro, che conferiscono rispettivamente colori azzurro, violetto, verde o giallo-verde.
Le soluzioni colloidali possono includere l’ossido rameoso che presenta una colorazione rosso rubino, lo zolfo (giallo) e l’oro (rosso). I vetri lattei contengono in sospensione particelle estremamente piccole, come l’ossido di stagno e di zirconio.